(57)【要約】【課題】  レーザマーキング方法、レーザマーキング装置および光学素子を提供する。【解決手段】  本質的に、可視スペクトル領域で透明な材料からなる光学素子に、永久的なマークを形成するための方法の場合、規定可能な形状および大きさのマークが形成されるように、近傍表面の局所的な材料の変化を生じさせるために、光学素子のマーキング領域にはレーザ照射が照射される。レーザ照射は１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の動作波長λを有する。好ましくは、ツリウムドープされたファイバレーザがレーザ照射源として用いられる。特に、本方法を用いて、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズにマークを設けることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に、可視スペクトル領域で透明な材料からなる光学素子に、永久的なマークを形成するための方法であって、規定可能な形状および大きさのマークが形成されるように、近傍表面の局所的な材料の変化を生じさせるために、前記光学素子のマーキング領域にはレーザ照射が照射される方法において、前記レーザ照射が１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の動作波長λを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記レーザ照射が１．５μｍ〜５．０μｍの波長領域の動作波長λを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光学素子の前記材料が、好ましくは、６０％〜９８％、特に７５％〜９５％の透過率で部分吸収を行う動作波長が用いられる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記光学素子の前記材料が、プラスチック材料、好ましくは、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、水を含有するアクリル、または眼用基板に適切な他のプラスチック材料である請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記光学素子が、少なくとも、変化させるべき領域において、本質的にプラスチック材料からなり、レーザ誘導される体積の増加が、照射された近傍表面領域で生じるように、前記レーザ照射のビームパラメータが設定される請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
レーザ誘導される体積の変化が、実質的に材料の除去なしに行われる請求項５に記載の方法。
【請求項７】
隆起構造要素が、照射されない隣接領域の反対側の前記マーキング領域に形成される請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
実質的に損傷されない表面を有し、かつ増加した体積の領域にわたって連続的に湾曲して延びる隆起構造要素が形成される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
凸レンズ面を有するレンズ素子が、照射領域に形成される請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
多数の並列照射領域が、マイクロレンズアレイのレンズをそれぞれ形成する多数の並列隆起構造要素を有する前記マイクロレンズアレイを形成するように照射される請求項５〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
最初に、前記光学素子には、前記マーキング領域を覆うコーティングが設けられ、その後、隆起構造要素が前記コーティングを介して形成される請求項５〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記動作波長について、前記コーティングが実質的に吸収を行わずおよび／または変化に対して耐性があり、および／または前記コーティングが本質的に無機材料からなる請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記隆起構造要素が、実質的に、前記隆起構造要素を覆う前記コーティングを破壊することなく形成される請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記マークの隆起構造要素が、照射されない周囲に対して少なくとも１００ｎｍの高さを有し、該高さが、好ましくは、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲にあり、および／または前記マークの前記隆起構造要素が、約１０μｍ〜５００μｍの、特に、約２０μｍ〜１００μｍの範囲の横方向の大きさを有する請求項５〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
ｋＨｚ範囲の繰返し率を有するパルスレーザ照射源が用いられ、前記繰返し率が、好ましくは、２ｋＨｚ〜８０ｋＨｚである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ファイバレーザがレーザ照射源として用いられ、前記ファイバレーザが、好ましくは、ツリウムドープされたファイバレーザ、またはホルミウムドープされたファイバレーザ、またはエルビウムドープされたファイバレーザである請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズの光学的品質で調製された表面には、マークが設けられる請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
焦点領域に集光されるかまたはマスクによって照明スポットに投影されたレーザビームが発生され、近傍表面の局所的な材料の変化を生じさせるために、照射すべき前記光学素子のマーキング領域には前記レーザビームが照射され、前記光学素子と前記レーザビームとの相対移動が生じ、その結果、前記レーザビームが前記マーキング領域の異なる位置を連続的に照射し、そして所定の形状および大きさのマークが形成される請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
本質的に、可視スペクトル領域で透明な材料からなる光学素子に、永久的なマークを形成するための装置であって、
光学素子（１１０）を保持するための基板ホルダ（１０２）と、
レーザ照射源（１２０）と、レーザビームを前記光学素子の表面に導くためのビーム案内システム（１２４）とを有するレーザシステムと、
を有する装置において、
前記レーザ照射源（１２０）が１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の動作波長λを有することを特徴とする装置。
【請求項２０】
前記レーザ照射源が１．５μｍ〜５．０μｍの波長領域の動作波長λを有する請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記レーザ照射源がファイバレーザ（１２０）であり、該ファイバレーザが、好ましくは、ツリウムドープされたファイバレーザ、またはホルミウムドープされたファイバレーザ、またはエルビウムドープされたファイバレーザである請求項１９または２０に記載の装置。
【請求項２２】
マーキング領域の異なる場所において、前記レーザビームにより前記光学素子を照射することができるように、前記光学素子と前記レーザビームとの相対移動を生じさせるための移動システムを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２３】
本質的に、可視スペクトル領域で透明なプラスチック材料からなる基板を有する光学素子、特に、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズであって、前記基板の一方の光学面に構造化領域が設けられる光学素子において、構造が、レーザ照射誘導される局所的な体積の増加によって形成された隆起構造要素を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２４】
前記隆起構造要素が、増加した体積の領域にわたって連続的に湾曲して延びる平滑面を有する請求項２３に記載の光学素子。
【請求項２５】
前記隆起構造要素が、凸レンズ面を有するレンズ素子である請求項２３または２４に記載の光学素子。
【請求項２６】
前記表面には、マイクロレンズアレイのレンズをそれぞれ形成する多数の並列隆起構造要素を有する前記マイクロレンズアレイが形成される請求項２３〜２５のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２７】
前記隆起構造要素が、照射されない周囲に対して少なくとも１００ｎｍの高さを有し、該高さが、好ましくは、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲にあり、および／または前記隆起構造要素が、約１０μｍ〜５００μｍの、特に、約２０μｍ〜１００μｍの範囲の横方向の大きさを有する請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２８】
プラスチック材料が、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル、水を含有するアクリル、または眼用基板に適切な他のプラスチック材料である請求項２３〜２７のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項２９】
本質的に、可視スペクトル領域で透明なプラスチック材料からなる基板を有するマイクロレンズアレイであって、格子構造で並列されかつ前記マイクロレンズアレイのレンズをそれぞれ形成する複数の隆起構造要素が、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法に従って形成することができるかまたは形成されるように、前記基板の少なくとも１つの表面に形成されるマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本質的に、可視スペクトル領域で透明な材料からなる光学素子に、永久的なマークを形成するための方法と、その方法を実施するのに適切な装置と、その方法またはその装置を用いて形成することができる光学素子とに関する。好ましい応用分野は、眼鏡レンズおよび眼用の他の透明な光学素子のマーキングである。
【背景技術】
【０００２】
材料に関係なく、多くの場合眼鏡とも呼ばれる眼鏡レンズには、製造時、１つ以上の永久的なマークが主に設けられる。マークは、例えば、製造業者、バッチ番号、または光学素子の特性に関する情報を含むことができる。さらに、例えば、眼鏡屋のプログレッシブレンズの場合に、眼鏡レンズを、そのために設けられた眼鏡フレームに受け入れ可能に嵌め込むことができるようにするために、光軸、中心点、またはレンズの種類を規定する他の情報項目を識別するためのマークを設けることが可能である。このようなマークは、一般に、眼鏡着用者にまたは眼鏡の通常の使用中にやや見えるようになっており、相応して小さな寸法を有することができる。さらに、マークは、眼鏡フレームに嵌め込む間に隔離される眼鏡レンズの周辺領域に配置することができる。その上、このようなマークは見ることができる。時には、可視スペクトル領域で透明な他の材料、例えば、マルチレンズ光学系用のレンズにも、マークが設けられる。この場合、当該例では、トレーサビリティを保証するために、永久的なマークが望まれる。
【０００３】
最初に、マークが彫刻によって純粋に機械的に形成された（例えば特許文献１）。さらに、例えば塗料を使用して、マーキングすべきでない領域を覆った後に、ガラス成分をリーチングすることによって、エッチングマークの形状のマークを形成することが知られている。特許文献２は、反射防止層を有する眼鏡レンズの製造を記載しており、マークは、カットアウトの形状の反射防止層に形成される。
【０００４】
レーザが商業的に利用可能になった直後、永久的な可視マークが形成されるように、可視スペクトル領域で透明な表面近傍の物体を変化させるために、高エネルギーレーザ照射による照射を用いることにシフトした。この方法は、例えば、ガラス製品のマーキングの実施例に関連する特許文献３に記載されている。
【０００５】
レーザ照射が過度に高いパワー密度ではなく、レーザ照射が過度に短いパルスではないことを考慮した場合、加工すべき材料が、用いられたレーザ波長を少なくとも部分的に吸収し、すなわち、完全に透明でないか、またはレーザ照射の動作波長の領域で完全な吸収を行わないときにのみ、永久的な可視マークを得ることができる近傍表面の材料の除去が可能である。眼鏡レンズのために使用される材料は、可視スペクトル領域（典型的に約３８０ｎｍ〜７１０ｎｍ）において、さらに多くの場合、紫外線および／または赤外線の隣接するスペクトル領域においてほとんど吸収を行わないので、眼鏡レンズのマーキングの分野では、レーザ照射の動作波長が明らかに可視スペクトル領域外にある前記レーザ照射が特に用いられている。
【０００６】
特許文献４は、例えば、マークが反射光でのみ見ることができるように、マークを反射防止層システムに形成するために、約１９３ｎｍの動作波長を有するエキシマレーザを使用することを記載している。エキシマレーザによって発生されるような１９３ｎｍまたは２４８ｎｍのレーザ波長の場合、紫外線は、雰囲気の酸素に積極的に反応して、オゾンを生成し、これにより、レーザ強度の減衰を生じさせるので、特許文献５は、眼鏡レンズにサインするかまたはそれをマーキングするための装置を提案しており、この装置の場合、エキシマレーザのレーザビームは、レーザビームと反応しない保護ガスが充填されるハウジングを介して導かれる。
【０００７】
特許文献６は、周波数乗算により、周波数乗算ソリッドステートレーザの動作波長も紫外線のスペクトル領域にある前記レーザを用いることを記載している。
【０００８】
可視スペクトル領域で透明な材料から製造された眼鏡レンズおよび同様の物体をマーキングするための他の種類のレーザ装置は、中間赤外線領域で放射するＣＯ２レーザを光源として用いる。一例として、特許文献７では、約１０．６μｍの波長領域の赤外線を用いて、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）ベースのプラスチックレンズをマーキングすることが提案されている。
【０００９】
特許文献８では、ガラスおよび他の同様の熱伝導性材料をマーキングするために、ＣＯ２レーザを用いることが提案されている。
【００１０】
別の公知の方法は、従来のレーザが十分に含まれるスペクトル領域で特に著しく吸収を行う薄層を、マーキングすべき表面に適用し、次に、局所的に薄層を照射し、この結果、吸収層が基板に局所的に接着して結合されることである。このような間接的な方法は、例えば特許文献９に開示されている。
【００１１】
さらに、レーザ照射によって、コンタクトレンズをマーキングすることが知られている（例えば特許文献１０）。その上、レーザ照射によって、コンタクトレンズを製造するための鋳型にマークを形成することが知られている（特許文献１１）。最後の例では、隆起したマークは、レーザ照射によって形成された凹部のネガ型に従って、鋳造から得られるコンタクトレンズに形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】独国特許発明第３５３４９２０Ｃ２号明細書
【特許文献２】欧州特許第０１０３２１７号明細書
【特許文献３】米国特許第２，７４６，１９３号明細書
【特許文献４】欧州特許第０３０７８７４Ｂ１号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００４００４５１４Ａ１号明細書
【特許文献６】特開２００３１５６６６７ＡＡ号公報
【特許文献７】米国特許第４，２１９，７２１号明細書
【特許文献８】米国特許第５，７６７，４８３号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０７５，２２３号明細書
【特許文献１０】欧州特許第９４６８９６Ｂ１号明細書
【特許文献１１】特開７１８６２９０Ａ号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、特に、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズをマーキングするのに適切なレーザマーキング方法を提供することである。このレーザマーキング方法を用いて、可視スペクトル領域で透明な材料から製造された光学素子に、比較的コスト効果的で高精密な近傍表面の永久的なマークを形成することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するために、本発明は、請求項１の特徴を有する方法と、請求項１９の特徴を有する装置とを提供する。さらに、請求項２３の特徴を有する光学素子が提供される。
【００１５】
有利な発展形態は従属請求項に記載されている。請求項の用語は参照により説明に組み込まれる。
【００１６】
本方法において、規定可能な形状および大きさのマークが形成されるように、近傍表面の局所的な材料の変化を生じさせるために、光学素子のマーキング領域にはレーザ照射が照射される。レーザ照射は１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の動作波長λを有する。
【００１７】
本発明の他の形態によれば、本質的に、可視スペクトル領域で透明な材料からなる眼鏡レンズおよび他の光学素子をマーキングするためのレーザマイクロ加工装置用の光源として、１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の動作波長λを有するレーザを使用することが提案される。
【００１８】
本出願において、「マーキング」という用語は、一般に、裸眼によってまたは適切な光学的補助具、例えば拡大鏡または顕微鏡を使用して見ることができる近傍表面の構造を意味する。したがって、「マーキング」および「構造」という用語は、時に、同じ意味で用いられる。
【００１９】
深紫外線のまたは中間赤外線領域の従来用いられる波長領域とは対照的に、１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の動作波長を有するレーザ加工は多くの利点を有する。第１に、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、眼内レンズおよび他の透明な光学素子のために使用される多数の材料が、この波長領域の有利な部分吸収のスペクトル領域を有し、その結果、動作波長が適切に選択された場合、比較的低い照射パワー密度だけで、材料におけるレーザ誘導される永久的な材料変化を生じさせることが既に可能であることが実現されている。光学素子の材料のレーザ誘導される材料の変化は上記状態で生じるので、近傍表面の吸収を増加させるための補助層の使用を省略することが可能である。
【００２０】
第２に、比較的簡単な構造のレーザ加工システムを使用することが可能である。このことは、特に、従来用いられるエキシマレーザに比べて有利である。エキシマレーザは、とりわけ、ガス媒体を一定間隔でリフレッシュしなければならないという欠点と、各補充後にパワーが単調に低下し、このことが、一定のパワー密度でマークを付与できるようにするために、連続的なパワー測定およびパワー調整を必要とするという欠点とを有する。さらに、短波長において、例えば１９３ｎｍにおいて、紫外線レーザの照射は空気に吸収され、したがって、保護ガス（例えば特許文献５参照）を介してまたは真空内にビーム経路を導くための構造に関する費用が必要となる。その上、エキシマレーザは、数百Ｈｚの範囲の典型的な繰返し率を有するパルスレーザであり、このことは生産性を制限する。したがって、エキシマレーザを省略することにより、費用および投資コストの節約が可能になる。
【００２１】
さらに、従来用いられるＣＯ２レーザに比べて、大きな利点が得られる。ＣＯ２レーザの場合には、レーザガスが連続的にリフレッシュされるので、連続的なパワー低下が生じないという事実がある。しかし、光学スペクトル領域で透明な材料の近傍表面領域のタスクをマーキングするためのＣＯ２レーザが用いられる場合、放射出力パワーが平均値を中心に５％まで変動することがあり、このことが、所定の変形寸法を維持および設定する問題を生じさせることがあるという欠点として認識されているが、その理由は、所定の材料の変化を実現するのに必要なパルスの数が、原則として、一定の放射特性の決定時に計算されるからである。
【００２２】
さらに、ＣＯ２レーザによって出力されるような中間赤外線領域の動作波長を用いることは、マークの構造要素の可能な所望の小型化に関して不利であり得るが、その理由は、最小に形成することができる構造の寸法が光学解像度Δｘによって決定され、次に、この光学解像度が、関数式Δｘ＝０．６１＊λ／ＮＡによって動作波長λおよび開口数ＮＡに関連するからである。したがって、典型的なビーム案内状態で９．２μｍを超える動作波長の場合には、約６μｍよりも良い解像度を実現することができない。これに対して、赤外線領域の実質的により短い動作波長が用いられる場合、より微細な構造を有するマーク、および／または非常に鮮明なマークが可能である。
【００２３】
動作波長は、好ましくは、特定の波長領域の下方にあり、レーザ照射は、例えば、１．５μｍ〜５．０μｍの波長領域の動作波長を有することができる。特に、適切な波長に関連する選択基準として、局所的に変化させるべき材料の吸収作用を用いることができる。放射波長がスペクトル領域の下方から生じる場合、結果として、ＣＯ２レーザ波長に比べて、集光性が実質的に向上し、その結果、マークとして適切なより微細なおよび／またはより小さな構造要素を有する構造が可能になる。さらに、作業安全性について、約１．４μｍよりも大きい動作波長が有利であるが、その理由は、眼保護用装置は、より小さい波長の場合よりも安価にすることができ、さらに、例えば、網膜損傷の恐れがほとんどなくなるからである。
【００２４】
本発明者による研究により、特定の材料の加工には、材料が完全に透明でもなく、非常に強い吸収も行わず、一定の部分吸収しか行わない場合の動作波長を有するレーザ照射を用いることが有利であり得ることが認識されている。特に、用いられたレーザ照射について、照射された材料の透過率または透過度が約６０％〜約９８％、特に約７５％〜約９５％であると有利であることが証明されている。これらの状態は、材料へのレーザ照射の光学的貫通深さ（低い吸収によって促進された）と、目標とする材料の変化に必要な吸収との間の有利な妥協を提供し、このようにして、材料におけるレーザ照射源の過度に高くない出力パワーを考慮したとしても、材料の変化に必要な閾値の影響（不可逆的に（永久的）、光学的に検出可能な材料の変化の発生に関するパワー密度の制限）を実現することが可能である。
【００２５】
光学素子の材料がプラスチック材料、すなわち合成ポリマー材料である場合に、特定の利点を得ることができる。一例として、プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、おそらく水を含有するアクリル（特に眼内レンズ用）、または眼鏡レンズとしての使用の観点から適切な他のポリマーであり得る。
【００２６】
一例として、本発明者による研究によれば、可塑性ポリカーボネート（ＰＣ）は、約１．５μｍ〜約５μｍの波長領域において、約７５％〜約９８％の透過率による部分吸収を行い、したがって、近赤外線領域の波長によって非常に効率的に変化されることができる。ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）は、同じ波長領域の僅かに低い透過率を有し、その透過率は約７０％〜約９８％であり得る。可視スペクトル領域で透明な他のプラスチック材料が使用される場合、材料の屈折率に基づいて、同様の状態が生じることができ、透過率は、例えば、約５５％〜約８０％、約５５％〜約９８％であり得る。
【００２７】
規定可能な形状および深さの近傍表面の凹部が得られるように、照射領域で材料の除去（融蝕）を生じさせるべく、照射パラメータを設定することができる。
【００２８】
これに対して、特定の方法の変形例は、光学素子が、少なくとも変化させるべき領域において本質的にプラスチック材料からなることと、レーザ誘導される体積の増加が、照射された近傍表面領域で生じるように、レーザ照射のビームパラメータが設定されることによって特徴付けられる。次に、マークの形成された構造要素は、照射されない隣接領域に比べて隆起する。マーキング面を汚す可能性がある破片（除去生成物）が生じないように、いくつかの照射状態下における材料の除去を完全に回避することが可能であることが明らかになっている。近傍表面の照射領域において、照射前に比べて密度が減少されるかまたは体積が増加された領域を生じさせるように、照射されたレーザ照射の影響下において、プラスチック材料が膨潤し、および／またはさらにおそらくは、部分的に溶融して照射終了時には再び固化することが現在想定される。したがって、この方法の変形例は「レーザ膨潤」または「レーザ膨張」と呼ぶことができる。
【００２９】
照射パワー密度が適切に制限される（例えばパルスの数を制限することにより）場合、照射領域は、ほとんど損傷されない表面を含むことができ、この表面は、増加した体積の領域にわたって皮膚のように滑らかにかつ連続的に湾曲して延びる。このようにして、照射領域には、凸レンズ面を有するレンズ素子を形成することができる。適時に互いに平行になりおよび／または多数で連続的に並列される照射領域が照射される場合、マイクロレンズアレイのレンズをそれぞれ形成する格子構造で並列された多数の隆起構造要素を有する１次元マイクロレンズアレイまたは２次元マイクロレンズアレイを形成することが可能である。
【００３０】
光学素子の被覆されていない表面には、隆起構造要素を形成することができる。その後、引っかき抵抗を向上させるために、必要に応じて、例えば反射防止コーティングによりおよび／または摩耗保護層により、構造化またはマーキングされた光学素子を被覆することができる。さらに有利には、最初に、構造化すべき領域を覆うコーティング（例えば反射防止コーティングおよび／または摩耗保護層）を光学素子に設けることと、その後、コーティングを介して、レーザ誘導される隆起マークまたは隆起構造を形成することも可能である。この場合、照射パラメータが適切に選択されたならば、コーティングを割ることなくまたは剥離することなく、隆起構造要素を形成することが可能である。この形態について、コーティングは１つ以上の材料からなるべきであり、一方では、これらの材料は、実質的に透明でありおよび／またはレーザ照射の動作波長の吸収をほとんど行わず、その結果、コーティングが構造化またはマーキング中に過度に熱くならず、他方では、前記材料は、基板材料の変化閾値の影響よりも実質的に高い変化閾値の影響を受ける。この特性の組み合わせは、無機層または層システムを有するプラスチック基板のコーティングで頻繁に観測される。
【００３１】
いくつかの実施形態では、マークの隆起構造要素は、例えば約０．５μｍ〜少なくとも約５μｍの範囲において、照射されない周囲に対して、１００または数百ナノメートルの大きさであり得る高さを有する。適切に設定された横方向の大きさを考慮した場合、このような構造要素は、実質的に不可視のものとして、さもなければ、可視マークとしておよび／またはレンズ素子として機能することができる。直径または横方向の大きさは、典型的に、約１０μｍ〜５００μｍ、特に約２０μｍ〜１００μｍの範囲にあるが、必要に応じて、その範囲よりも大きくまたは小さくすることができる。
【００３２】
ｋＨｚ範囲の繰返し率を有するパルスレーザ照射源によって、材料の変化を生じさせることができ、例えば、繰返し率は２ｋＨｚ〜８０ｋＨｚであり得る。これらの繰返し率は、実質的に、通常１００Ｈｚ〜多くとも５００Ｈｚの範囲にあるエキシマレーザによって実現可能なパルス繰返し率よりも高い。さらに、これにより、より高い加工速度（時間単位毎の個々のマーク）、したがって、生産性の向上を達成することが可能である。
【００３３】
直接的構造化法またはマスク投影法によって、マークを形成することができる。直接的構造化（焦点移動と呼ぶこともできる）の場合、焦点領域に集光されるレーザビームが発生される。近傍表面の局所的な材料の変化を生じさせるために、照射すべき光学素子のマーキング領域には、マーキング領域に集光されたレーザビームが照射される。この過程において、光学素子とレーザビームの焦点領域との相対移動が生じ、その結果、焦点領域が光学素子の異なる位置を連続的に照射し、このようにして、規定可能な形状および大きさのマークが形成される。この連続的方法は非常に融通性があり、このようにして、異なるマークを低費用で形成することができる。必要に応じて、２０μｍよりも小さい直径を有する焦点領域にレーザビームを集光することができ、これにより、非常に微細な構造を形成することが可能である。
【００３４】
マスク投影法の場合、結像レンズの物体面の領域のビーム経路には、ビーム形成マスクが導入され、このビーム形成マスクは、前記結像レンズによって縮小スケールで結像レンズの画像面に投影される。このことにより、マスク投影面とも呼ばれる画像面には、マスク構造の鮮明な縮小画像が形成される。例えば、マスクが単一の円形カットアウトを有する場合、レーザビームは、マスク投影面において、相応して小さな円形ビーム断面を有する。光学素子と、その表面に投影されたレーザビームとの相対移動を生じさせることにより、直接的構造化から類推して、マーキング領域の異なる位置を連続的に照射することで、マークを形成することが可能である。必要に応じて、例えば５０μｍ〜１００μｍの直径を有するより大きな領域に、照射エネルギーを放出することができるので、多くの場合、マスク投影法を用いて、レーザの主要な照射エネルギーをより効率的に実現することが可能であり、この結果、補助具なしになお裸眼で見ることができる鮮明なマーキング構造を形成することができる。さらに、より複雑なマスクが使用される場合、マスク投影法を用いて、したがって、単一のレーザパルスまたは少数のレーザパルスにより、必要に応じて複数の構造要素を有するより複雑なマークを物体面に形成することが可能である。
【００３５】
したがって、適切なビームプロファイル調整により、材料の変化の空間の横方向の大きさおよび分布を広い制限に設定することができる。例えば、マスク投影法には、異なる形状および大きさの円形または多角形または他の形状のカットアウトを有するマスクを使用することができる。さらに、カットアウトの数を変更することができ、マスク毎に１つ以上のカットアウトを設けることが可能である。一例として、マイクロレンズアレイを形成するために、多数のマイクロレンズを一時的に並列に形成するように、適切に寸法決めされたカットアウトの格子構造を有するマスクを使用することができる。
【００３６】
レーザビームの断面形状の正確な規定の代わりにまたはそれに加えて、いくつかの方法の変形例では、レーザビーム内のレーザ照射の強度分布がビーム形状の影響を受ける。このエネルギービームの形状のために、好ましくは、輪郭マスク、グレースケールマスク、屈折光学素子（ＲＯＥ）および回折光学素子（ＤＯＥ）の群から選択される少なくとも１つのビーム形成要素を有するビーム形成装置が使用される。したがって、この方法の変形例を実施するのに適切なレーザシステムは上記ビーム形成装置を有する。
【００３７】
レーザスポットの強度分布の目標とする設定を用いて、例えば、マークの照射領域と光学素子の照射されない隣接領域との間のより穏やかな遷移を実現することができる。このようなより穏やかな遷移は、例えば、コーティングを介したマーキングを簡略化および改善することができるが、その理由は、ほぼまたは完全に連続的である照射領域と非照射領域との間のより穏やかなおよび／またはより滑らかな遷移の発生を考慮した場合、コーティングが剥離する傾向が減少されるからである。これによって、レーザ融蝕工程の場合に通常観測されるような高い空間周波数を有する構造がより効果的に平坦にされるように、周囲の非照射領域への急激な遷移なしに、レーザ照射の部分吸収によって生じる体積の増加がその後生じることができる。
【００３８】
輪郭マスクとして構成された透過マスクの使用は、原則として、エネルギービームプロファイルに能動的に影響を与えるための特に簡単かつ経済的な方法である。透過マスクは、本質的に、照射に対して完全に透過性でありおよび完全に不透過性である（不透明である）マスクの部分のみからなる。しかし、従来の透過マスクが、マスクの孔のまたは透明な領域の縁部で急激な遷移を有する本質的に長方形の透過プロファイルを有するのに対して、完全透過領域の縁部領域は、例えば、完全透過領域とビーム完全遮断領域との間に実質的により穏やかな遷移が生じるように、ジグザグ構造によって、または異なる空間の密度および／または大きさの別の透明な領域によって構成することができる。グレースケールマスクは形成するには若干複雑であるが、必要に応じてそれらのグレースケールマスクを形成すれば、影響を受けるビーム断面の断面にわたって、１００％〜０％の全ての遷移値を設定することが可能になる。もちろん、加工品のレーザスポットにおいて所望の強度分布を得るために、グレースケールマスクおよび透過マスクを組み合わせることもできる。
【００３９】
１つ以上の屈折光学素子（ＲＯＥ）がビーム形成装置に使用される場合、例えば、屈折されるようにおよび実質的に透過損失なしに、ガウスエネルギービームプロファイルからトップハットプロファイルを生成するために、レーザビームの目標とする屈折によって、レーザビームの強度プロファイルに影響を与えることができる。さらに、ビーム形成装置は、レーザビーム内の強度分布に能動的に影響を与えるための１つ以上の回折光学素子（ＤＯＥ）を含むことができる。例えば、適切に構成された回折光学素子を用いて、光学素子において長方形または他の多角形のビーム断面形状を簡単に得ることができる。例えば、文字、数字または他のキャラクタ等の比較的複雑なパターンを回折するように形成することも可能である。
【００４０】
このようなビーム形成要素を使用して、レーザマーキングを静的または動的に行うことができる。
【００４１】
静的な方法の場合、例えば、レーザビームの強度プロファイルを略環状に形成することが可能である。ガウスビーム強度プロファイルとは対照的に、例えば、環状の強度プロファイルを用いて、膨潤可能な光学材料、例えばプラスチックに凹マイクロレンズを形成することができる。
【００４２】
動的な方法は所定のビームプロファイルを利用し、光学素子が連続的に照射され、一方、レーザビームと光学素子との間に相対移動が生じる。このようにして、レーザビームの比較的簡単な所定の強度分布を、例えば微小傾斜部の形態の２次元拡張マーキング構造に変換することが可能である。動的な加工の経過において、相対移動中の位置および／または時間に基づき、したがって、例えば、加工軌跡に沿った加工と同時に、モータ駆動される調整可能な長方形のマスクの幅および高さを変化させることにより、レーザビームプロファイルを変化させることが可能である。例えば、マスクは、加工軌跡の開始前に完全に閉じることができ、マーキング工程の開始時にゆっくりと開くことができ、その後、しばらくの間、開いたままであり、加工の終了に向かって徐々にまたは急速に閉じることができる。これによって、光学素子のマーキングの高い融通性が可能である。
【００４３】
１．１μｍ〜９．２μｍの波長領域の、特に、多くとも例えば５０００ｎｍ（５μｍ）までのこのスペクトル領域の下方の動作波長は、一例として、このスペクトル領域にソリッドステートレーザ放射を用いることにより、あるいは光学パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）を使用してまたは光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を使用して、ある波長で放射する種レーザの波長を変化させることにより、達成することができる。
【００４４】
ファイバレーザがレーザ照射源として使用される場合に、特定の利点が得られる。ファイバレーザは、とりわけ、優れたビーム品質（典型的に：Ｍ２＝１．０５〜１．１）を有し、このことにより、主に、集光性が向上し、したがって、マーキングの品質および再現性が向上する。さらに、ファイバレーザは、長期間安定した放射特性を有し、コンパクトであり、したがって工業用途に最適である。
【００４５】
一実施形態では、ツリウムドープされたファイバレーザが用いられ、そのファイバレーザの典型的な動作波長は、約２μｍ周辺の範囲にあり、特に約１．７５μｍ〜約２．１μｍの範囲にある。さらに、例えば、エルビウムドープされたファイバレーザ、またはホルミウムドープされたファイバレーザを用いることが可能である。眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズのために使用される多数の材料、例えばポリカーボネート（ＰＣ）またはＰＭＭＡまたは他のアクリル材料が、これらのレーザのスペクトル領域において、例えば約６０％〜約９８％の透過率で、レーザマーキングに有利な部分吸収を行うことが明らかになっている。
【００４６】
本方法は、以下のレーザ照射源を一般的に用いることによって実施することができる。例えば：
約２．１μｍの動作波長または放射波長を有するＨｏ−ＹＡＧレーザ（ホルミウムＹＡＧレーザ）、
約２．０５μｍ〜２．１μｍの動作波長を有するＨｏレーザ、
Ｔｍレーザ（ツリウムレーザ）、例えば、約２．０１μｍの動作波長を有するＴｍ−ＹＡＧレーザ、
約２．９４μｍの動作波長を有するＥｒ−ＹＡＧレーザ（エルビウムＹＡＧレーザ）、
約１．６１μｍの動作波長を有するＥｒ３＋：ＣａＷＯ４レーザ、
約１．６４μｍ〜約２．９４μｍの動作波長を有するＥｒ３＋：ＹＡＧレーザ、
約２．０６μｍの動作波長を有するＨｏ３＋：ＹＬＦレーザ、
約２．０９μｍの動作波長を有するＨｏ３＋：ＣａＷＯ４レーザ、
約１．９１μｍの動作波長を有するＴｍ３＋：ＣａＷＯ４レーザ、
約２．０１μｍの動作波長を有するＴｍ３＋：ＹＡＧレーザ、
約１．５３μｍ〜１．６μｍの動作波長を有するＥｒ３＋ファイバレーザ、
約１．７５μｍ〜２．１μｍの動作波長を有するＴｍ３＋ファイバレーザ、
あるいは、
例えば、放射波長λ＝１．１μｍ〜約λ＝４．０μｍで動作することができる光学パラメトリック発振器（ＯＰＯ）。
【００４７】
さらに、本発明は、本方法および／または本装置を用いて形成することができるかまたは形成される光学素子に関する。特に、この場合、本質的に、可視スペクトル領域で透明なプラスチック材料からなる基板を有する光学素子、特に、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズが含まれる。さらに、光学素子は、発光素子または光吸収素子用の、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）または太陽電池用のフィルム状の基板であり得る。基板の光学面には、構造またはマークを有する領域が設けられる。光学素子は、構造が、レーザ照射誘導される局所的な体積の増加によって形成された隆起構造要素を有することによって特徴付けられる。
【００４８】
基板の表面には、格子構造で並列されかつマイクロレンズアレイのレンズをそれぞれ形成する複数の隆起構造要素を形成することが可能である。
【００４９】
上記特徴および別の特徴は、請求項に加えて、説明および図面からも明らかになり、個々の特徴が、本発明の実施形態のサブコンビネーションの形でおよび他の分野で、それぞれ単独でまたは複数で実現されることが可能であり、そしてそれら自体保護可能な本発明の実施形態の有利な構造を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】適切に形成されたレーザ照射を用いて光学素子をマーキングするためのレーザマーキング装置の本質的な構成要素の概略図である。
【図２】可視スペクトル領域で透明な種々のプラスチック材料の波長λに対する透過率Ｔの依存性の比較グラフである。
【図３Ａ】線形構造要素を有するレーザ誘導マークの光学顕微鏡写真である。
【図３Ｂ】１２パルス（左側）と１３パルスによるそれぞれの照射後に円形構造要素（ドット）を有するレーザ誘導マークの光学顕微鏡写真である。
【図４】異なる数のパルスによる照射後のプラスチック基板の光学面における点状または円形の構造要素の走査電子顕微鏡写真である。
【図５】レーザ照射によってプラスチック基板の光学面に形成された線形構造要素の２つの走査電子顕微鏡写真である。
【図６】マイクロレンズアレイの個々のレンズがプラスチック基板の局所照射によって形成されている前記マイクロレンズアレイの一連のマイクロレンズの概略断面図である。
【図７】マイクロレンズを形成するためのレーザ照射の前後におけるコーティング基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、適切に形成されたレーザ照射を用いて光学素子をマーキングするための装置１００の本質的な構成要素の概略図を示している。以下でレーザマーキング装置１００とも呼ばれる装置は、テーブル器具として構成されるレーザマイクロ加工システムであり、そのシステムの構成要素は、具体的には、眼鏡レンズのマーキングの要求のために構成され、互いに調整される。さらに、他の光学素子、例えば、コンタクトレンズまたはそのモールドをマーキングすることができる。
【００５２】
電動モータによってｚ方向に駆動することができ、かつ基板保持面として機能する昇降テーブル１０２の上面に少なくとも１つの光学素子１１０（基板）を保持するための基板ホルダとして機能する昇降テーブル１０２は、振動を減衰するように支持された例えば花崗岩プレート（図示せず）である機械ベッドに取り付けられる。
【００５３】
さらに、装置１００は、レーザ照射源１２０と、それに取り付けられた、レーザ照射を導くための、および光学素子の上方に向いた光学面１１２に位置合わせすることができるレーザビーム１２５を発生するためのビーム案内システム１２４とを有するレーザシステムを有する。
【００５４】
以下により詳細に記載していない試験の場合、ほぼメンテナンスフリーでありかつコスト効果的なファイバレーザ１２０が用いられた。この場合、非Ｑスイッチｃｗレーザが含まれており、そのレーザの「パルス長」がレーザのパワー調整によって直接発生された。５ｋＨｚの計時の場合、マークの単一の構造要素（ドット）を形成するために、最大２０パルスが発生されており、このことは、マークの構造要素に関する４ｍｓの長さの典型的な加工時間を示す。
【００５５】
ビームエキスパンダ１２１を使用して拡大されたレーザビームは、コンピュータの制御下で動作させることができるシャッタ１２２と、同様にコンピュータの制御下で設定することができる減衰器１２３とを通過し、次に、ガルバノメータスキャナ１２６のミラー構造によって集光レンズ１２８の方向に偏向され、この集光レンズ１２８は、直接的構造化の場合、マーキングすべき光学素子の表面のマーキング領域の位置にレーザビームを集光するか、またはマスク投影法の場合、マスク画像をマーキング領域に投影する。本明細書に記載した試験の場合のように、レーザが直接放射するならば、シャッタおよび／または減衰器を省略することが可能である。マスク１２４が使用される場合、そのマスクを集光レンズ１２８の物体面に配置すべきである。
【００５６】
集光されたレーザビーム、またはマークの鮮明な画像が、本質的に、各集光位置の基板表面の２次元に拡張された作用領域内において、同じビーム特性を有するように、テレセントリックｆθレンズとして、集光レンズ１２８がガルバノメータスキャナの偏向範囲と入射レーザビームの特性とに合わせられる。したがって、ｆθレンズにより、偏向されたレーザビームの焦点領域が平面で移動し、球面で移動しないことが保証される。焦点面またはマスク投影面が、照射すべき表面と一致するように、加工について昇降テーブルを位置決めすべく、昇降テーブルの高さ調整が用いられる。その代わりにまたはそれに加えて、スキャナを加工品に対して移動させてもよい。
【００５７】
基板表面に位置合わせすることができる表面カメラ１３０を備える監視システムは、基板表面における正確なビーム位置決めまたはマスク画像の集光を補助するために設けられる。レーザビームに対する基板の正確な位置決めのための位置決めシステムは、基板表面の正確な位置を検出するためのレンジセンサ１４０を備える。この実施形態では、レーザレンジセンサ１４０が自動集光工程と共に使用される。その代わりにまたはそれに加えて、機械的（触覚）レンジセンサを使用することも可能である。
【００５８】
例えば、装置１００を使用して、眼鏡レンズまたは他の光学素子のマーキング方法を以下のように実施することができる。
【００５９】
最初に、マーキングすべき光学素子が加工位置の昇降テーブルに取り付けられる。次に、取り付けられた光学素子のデジタル画像を制御および操作ユニット１６０の表示スクリーンに生成するために、光学監視システムが使用される。オペレータは、このデジタル画像を用いて、マーキングすべき物体を位置合わせすることができ、基準点に基づいて、形成すべきマークの相対位置を規定することができる。例えば、インクジェットによる印刷法で、不変ではない基準点を予め適用することができる。
【００６０】
その後、光学素子を最適な垂直加工位置に移動させるために、自動集光方法が実施される。このため、レーザ距離計１４０（または触覚レンジセンサ）は、加工すべき基板表面の位置を検出し、そして光学素子の設けられたマーキング領域が、レーザビームを集光または投影することができる最適な垂直加工位置に移動されるように、昇降テーブル１０２が駆動される。さらに、例えば多焦点レンズの場合には、複数の位置を検出することが可能である。このため、一例として、レンズが横方向に移動されるか、またはセンサ１４０が傾斜される。さらに、レンズを使用してスキャナを移動させることが可能である。次に、測定位置間の次元補間を行うことができ、この結果、光学素子のおそらく複雑に上反りになった表面の全ての場所の焦点位置を決定することが可能である。
【００６１】
次に、光学素子にレーザビーム１２５が導かれ、このレーザビーム１２５は、レーザビーム源１２０によって発生され、必要に応じて、ビームエキスパンダ１２１と減衰器１２３とにより、レーザビーム１２５の絶対強度および強度分布について、光学素子の材料に関する特定の最適な加工条件が設定されるように構成される。
【００６２】
その次に、コンピュータの制御下でレーザビームを高ダイナミックかつ高精度に偏向するために、ガルバノメータスキャナ１２６が使用される。この過程において、レーザビームがｆθ対物レンズ１２８によってマーキング領域に導かれる。次に、制御および操作ユニット１６０の制御コンピュータは、レーザビームをガルバノメータスキャナ１２６から、マーキングに規定されているように対応する位置に導き、レーザまたはシャッタを駆動することによって、適切な長さのレーザパルスがトリガされる。さらに、工程に関するパルス繰返し数およびレーザ照射強度等の関連するパラメータは、制御および操作ユニットのオペレータインタフェースを介して予め入力されて定められている。その上、減衰器１２３を設定することによって、または試験レーザの場合のように、レーザでパルスエネルギーを直接選択することによって、強度を規定することができる。次に、光学素子に形成すべきマークの規定に従って、ガルバノメータスキャナの偏向がコンピュータの制御下で行われ、ある時間が経過したときに、マークを形成するのに必要なレーザ強度を提供するために、必要に応じて、レーザ１２０、減衰器１２３またはシャッタ１２２が駆動される。
【００６３】
さらに、例えば、マスクが、投影レンズとして使用されるｆθレンズを使用して光学素子の表面に結像される単一の円形カットアウトまたは他の形状のカットアウトを有する場合、マスク投影法において、ガルバノメータスキャナを使用することができる。
【００６４】
眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズの通常の異なる材料に関する試験が行われた。図２は、種々の材料の透過スペクトル、すなわち、約１１００ｎｍ〜２２００ｎｍの波長λ［ｎｍ］に対する透過率または透過度Ｔ［％］の依存性の比較グラフを示している。ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）に関する、および異なる屈折率ｎに、例えばｎ＝１．５０、ｎ＝１．６０、ｎ＝１．６７およびｎ＝１．７４に組成を変化させることによって利用可能にすることができるプラスチックガラスに関する透過スペクトルが示されている。
【００６５】
図２に示した透過率Ｔは、いわゆるトランスフレクション法において、ＮＩＲ（近赤外線）分光計による測定から得られる。測定中、出力強度Ｉ０の測定ビームは、透明な測定対象物を最初に貫通した後に、鏡面で反射され、再び、測定対象物を貫通するように戻される。次に、Ｔ＝Ｉ１／Ｉ０に従って、２回の貫通後の強度Ｉ１と出力強度との比率から、透過率Ｔが得られる。スペクトルは１ｍｍの有効な材料厚さ全体に正規化された。
【００６６】
直接的構造化法を用いて、マーキング試験が行われた。この場合、動作波長λ＝１．９０８μｍを有するツリウムドープされたファイバレーザのレーザ照射源が用いられた。このレーザ照射源の照射は、約３０μｍ〜１００μｍの直径を有する照射スポットを試料表面に形成するために、ｆθレンズによって試料表面に集光された。レーザパルス繰返し率は約５ｋＨｚのｋＨｚ範囲にある。照射された全てのプラスチック材料について、短い照射時間（典型的に、個々の構造要素毎に４ｍｓ未満）の後に、マークの円形構造要素を形成することが可能であった。構造要素の種類および寸法は、適切な数のパルスによって設定されている。
【００６７】
驚くべきことに、近赤外線領域の動作波長を用いて、規定可能な形状および大きさの適切に規定されたマークまたは構造を形成することができるが、用いられる波長領域において、照射された材料は、実質的に７０％よりも高い、特に、最大屈折率のプラスチックガラス（ｎ＝１．７４）について約８０％から、低屈折率のプラスチックガラス（ｎ＝１．５０）について実質的に９２％までの透過率で部分吸収を行うに過ぎない。さらに、当該波長領域で８５％〜９０％の透過度を有するポリカーボネートを適切に構造化することができる。
【００６８】
これらの結果は、照射された材料が、例えば３０％以下の非常に低い残留透過度を有する波長領域において、可視スペクトル領域から遠く外れて動作するような試みがなされる、商業形態の方法からの発展を示している。例えば約７０％〜約９５％の部分吸収領域（１ｍｍの材料厚さを有する）におけるレーザ加工の場合、効率的なマーキング工程において、規定された形状および大きさのマークを形成するために、一方では、光学的貫通深さと、他方では、材料固有の制限的な影響を超える可能性（変化閾値）との間の、構造に有利な妥協を得ることが可能であることが想定される。
【００６９】
別の特定の特徴は、本発明の範囲内において、ならびにビーム形状およびビームパラメータに関するいくつかの条件の遵守を考慮した場合、照射されない周囲に比べて隆起している、すなわち、照射されない、したがって変化しない周囲よりも上方に突出している構造要素を有する構造を透明なプラスチック材料の表面に形成することが可能であることにある。材料の除去（融蝕）による従来のマーキングに比べて、このことは、融蝕構造化から、材料が隆起するかまたは体積が増加しかつ本質的に材料の除去なしに、おそらくは、不利な融蝕生成物（破片）なしにも実行することができる変化に向かうパラダイムシフトを示している。
【００７０】
レーザ照射によって生じる体積の増加または厚さの減少が、照射された近傍表面領域で生じ、実質的に材料の除去なしに、レーザ誘導されるこの体積の増加を行い得るように、プラスチック材料からなる光学素子の基板に、規定された大きさの領域のレーザ照射が照射される方法の種類を説明するために、図３〜図５が用いられる。このようにして、照射されない隣接領域よりも高くなる隆起構造要素をマーキング領域または構造化領域に形成することが可能である。図３Ａは、マークが数字「５５」を表すマーキング領域の光学顕微鏡写真を示している。２つの数字のそれぞれは、連続的な線の形態で存在する。線形構造要素は、基板に比べてレーザビームの５５ｍｍ／ｓの送り速度で形成された。１ワットの出力パワーのレーザ照射と１ｋＨｚのパルス周波数とが用いられている。
【００７１】
多数の可能な代替形態の１つの場合において、図３Ｂは、ドットとも呼ばれる略円形または略点状の構造要素の列によってそれぞれ形成される文字「Ｂ」をそれぞれ表す２つのマークを示している。この場合、基板材料は屈折率ｎ＝１．６０の透明なプラスチックである。左側に示した「Ｂ」を形成するために、１２パルスが用いられ、１３パルスの後に、右側に示した「Ｂ」と、対応して高い蓄積レーザパワー密度とが得られる。構造の横方向の大きさ（図３Ａの線幅および図３Ｂのドットの直径のそれぞれ）は、両方の場合において、約５０μｍ〜約１００μｍであり、したがって、裸眼（肉眼）でマークをまさになお見ることができる。
【００７２】
図３Ｂのドット構造の場合に主に顕著なことは、暗点のそれぞれが、右側に示した円形構造要素の中央には現れるが、左側の構造の場合では検出されないことである。図４を参照して、この現象の意味について以下に説明する。
【００７３】
図４は、異なる長さの照射時間後の、または異なる数のパルスの後の、具体的には、図４Ａでは８パルスの後の、図４Ｂでは１２パルスの後の、図４Ｃでは１３パルスの後の、および図４Ｄでは１４パルスの後の屈折率ｎ＝１．６０のプラスチック基板の表面における円形構造要素の走査電子顕微鏡写真を示している。図４Ａには、約８０μｍの直径を有する凸レンズの形態の隆起構造要素が、プラスチック基板の光学的に滑らかな表面に形成されていることが見られる。干渉的に決定されるレンズの最大高さは中央領域において約４μｍである。常に、照射領域において、表面は、高解像度を示している場合に損傷されず、前記表面の下に位置するプラスチック材料の領域にわたって連続的に湾曲する。この近傍表面領域は、明らかに、レーザ照射中に体積の局所的な増加を生じさせ、このことにより、表面が滑らかな皮膚のように延びる上方に向いたキャンバが得られる。記載した表面レンズが照射終了後に残るように、プラスチックのポリマー材料が、レーザ照射の影響下で、密度の減少と共に不可逆的に変化することが想定される。プラスチック材料が、損傷されない表面の下の体積の照射領域に部分的に溶融するかどうか、そしてその溶融がどの程度のものであるかが、現在の研究の主題である。
【００７４】
図４Ｂには、レーザエネルギーのさらなる照射により、小孔が隆起構造の表面に形成されていることが見られ、右側の構造要素では、液体プラスチック材料が中央スリットから表面に侵入することが明らかである。照射レーザエネルギーを増加させることにより、部分的に液体のプラスチック材料が構造要素の中央の表面開口部から現れることが、図４Ｃおよび図４Ｄから十分に明らかである。選択されたパルスエネルギーおよびパルス時間の場合、依然として損傷されない表面をもたらす照射の制限は、８〜１２パルスであることが明らかである（図４Ａおよび図４Ｂ参照）。
【００７５】
図４Ａ〜図４Ｄに示した全ての構造要素がマークに非常に適切である。図４Ａに示した隆起構造要素は、マイクロ光学素子として、具体的にはマイクロ光学正レンズとして使用することもできる凸レンズを形成する。さらに、マイクロレンズアレイのレンズをそれぞれ形成する多数の並列隆起構造要素によって、マイクロレンズアレイを形成するように、多数の並列照射領域においてプラスチック基板を照射できることが明らかである。この場合、個々のレンズの直線または曲線を有する１次元レンズアレイを含むことが可能である。さらに、表面を若干充填し、これにより、２次元マイクロレンズアレイを形成するように、個々の構造要素を２次元格子構造に配置することが可能である。このような光学素子は、例えば、ビーム案内システムのビーム均一化のために使用することができる（図６参照）。
【００７６】
さらに、円形から逸脱している形状を有するレンズ素子、例えば、ある他の方法において四角形または六角形または多角形であるレンズは、構造化に用いられるレーザビームの適切なビーム形状によって形成することができる。円筒状レンズを形成することもできる。
【００７７】
図５Ａ、図５Ｂは、実施例において、図示したようにレンズ素子を形成すべく、他のプラスチック材料を構造化することもできることを証明するものとして用いられる。この実施例の場合、基板は屈折率ｎ＝１．６７のプラスチックからなる。上部マーキングドットのおよび下部マーキングドットの領域の、光学的品質で調製されている照射面には、湾曲進路からの小さなスクラッチがあり、この湾曲進路のレンズ素子の領域において、構造要素の隆起特性を検出することが可能である。レンズ素子の領域における表面の下方左側の領域に見えるスクラッチが若干拡大されることが特に図５Ａから明らかであり、したがって、クラックがほとんど広がらないように、増加した体積の領域にわたって延びる表面に僅かに応力が加えられることが証明される。照射領域の表面張力は、レンズ面として適切な光学的品質の連続的に湾曲した表面の形成をもたらす。
【００７８】
図６は、一例として、本方法を用いて形成されたマイクロレンズアレイＭＬＡの一連のマイクロレンズＭＬの概略断面図を示している。製造中、レンズの形成をもたらす近傍表面の局所的な膨潤が生じるように、プラスチック基板ＳＵＢの表面Ｏにはレーザ照射が照射された。
【００７９】
図６の実施例の場合、光学素子の被覆されていない表面に隆起構造要素が形成された。図７を参照して、光学的品質で調製された光学素子の表面に、最初に、構造化すべき領域を覆う無機コーティングＣが設けられる方法の変形例について説明する（図７Ａ）。一例として、引っかき抵抗を向上させるために、反射防止コーティングおよび／または摩耗保護層を含むことができる。その後、被覆面には、所定の波長のレーザ照射ＬＡＳが局所的に照射される。コーティングＣの材料が実質的に吸収を行わず、したがって、加熱または変化または削摩されないか、あるいはさらには、ほとんど影響を受けないように、動作波長が選択される。これに対して、プラスチック基板ＳＵＢの材料は、動作波長の領域において、例えば約７０％〜約９０％の透過率Ｔで部分吸収を行う。レーザ誘導される隆起マークまたは隆起構造は、照射により、照射されたプラスチック材料の体積のレーザ照射誘導される体積膨張により、コーティングを介して形成される（図７Ｂ）。この場合、照射パラメータ（例えば波長、強度、照射時間）が適切に選択されたならば、コーティングを割ることなくまたは剥離することなく、隆起構造要素を形成することが可能であり、したがって、結果的に、隆起構造要素が被覆され、これらの隆起構造要素は、例えば、レンズアレイのレンズとして、または既に高品質の表面が設けられている眼用基板のマークのマーキング要素として機能することができる。
【００８０】
図１に関連して説明した形態の場合、垂直に（すなわちｚ方向に）移動させることができる昇降テーブルは、ガルバノメータスキャナおよびｆθ対物レンズと協働して、設けられたマーキング構造の各位置について、湾曲した基板表面を考慮したとしても、レーザビームが、そのレーザビームの焦点領域に、またはマスクと光学的に共役なマスク投影面に十分に正確に位置することを保証する。
【００８１】
光学スペクトル領域で透明な物体に近傍表面のマークを導入するための上記装置の一形態は、いわゆる可変ガルバノメータスキャナを使用することであり、このスキャナは、平坦なおよび湾曲した基板表面の場合、マークが形成されたときに、ｚ昇降テーブルを使用する必要なしに、集光を行うことが可能であるように、水平なｘ方向およびｙ方向の偏向に加えて、ｚ方向に平行な焦点領域のまたはマスク投影面の変位も可能にする。
【００８２】
別形態は、固定レンズの下方において、所望のレーザ彫刻が、光学スペクトル領域で透明な光学素子の表面で行われるように、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向に移動させることができる移動システムが、制御ユニット１６０によって移動され、レーザビームが、位置に基づいてオンおよびオフにされることを意図する。
【００８３】
近赤外線領域で放射するレーザ照射源を用いることにより、有利な間接マーキング方法が可能になる。水は、１．４５０μｍよりも高い近赤外線領域の強い吸収の領域を有する。このことは、マーキングすべき表面への水の蒸着による、または比較的薄い水層が生じるような他の方法で水を加えることによるレーザマーキングのために用いることができる。次に、このように湿潤された光学素子が、直接的構造化の経過でまたはマスク投影法で説明したように照射される。水層の吸収により、その水層の下方にある基板における所望の永久的な材料の変化をもたらす局所的な熱が生じる。マーキングが終了した後に、水を含有する補助吸収層を容易にそして残すことなく除去することができる。一例として、具体的にはこの方法の変形例について、Ｔｍレーザがレーザ照射源として考えられる。
【００８４】
本明細書で一例として提供された試験は、マイクロ秒（ｍｓ）の範囲の典型的なパルス時間のレーザパルスを用いて行われた。さらに、ピコ秒（ｐｓ）の範囲のまたはフェムト秒（ｆｓ）の範囲の典型的なパルス長を有するレーザパルスを放射することができる超短波パルスレーザを用いることが可能である。この場合、必要に応じて、レーザ照射と基板材料との他の相互作用メカニズムを活性化することが可能である。
【００８５】
本方法は、可視スペクトル領域で透明な異なる材料、または形成された光学素子をマーキングまたは構造化するために、特に、眼鏡レンズ、コンタクトレンズまたは眼内レンズをマーキングするために用いることができる。さらに、マルチレンズ光学系のために、例えば対物レンズのために、プラスチックレンズをマーキングすることが可能である。その上、本方法を用いて、マイクロレンズまたはマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００８６】
コンタクトレンズまたは眼鏡レンズのモールドが、適切な部分吸収を行う透明なプラスチック材料からなる場合、前記モールドをマーキングすることもできる。この場合、レンズの前部または後部を形成するために設けられる光学的品質の研磨面には、規定高さを有するマークを形成することが可能であり、前記規定高さは、モールド工程後、完成した光学素子に、凹んだマーキング構造をもたらす。
【符号の説明】
【００８７】
１００  レーザマーキング装置
１０２  昇降テーブル
１１０  光学素子
１１２  光学面
１２０  レーザ照射源
１２０  ファイバレーザ
１２０  レーザビーム源
１２１  ビームエキスパンダ
１２２  シャッタ
１２３  減衰器
１２４  ビーム案内システム
１２４  マスク
１２５  レーザビーム
１２６  ガルバノメータスキャナ
１２８  集光レンズ
１２８  ｆθ対物レンズ
１３０  表面カメラ
１４０  レーザレンジセンサ
１４０  レーザ距離計
１６０  制御および操作ユニット
Ｉ０  出力強度
Ｉ１  ２回の貫通後の強度
ｎ  屈折率
Ｏ  表面
Ｔ  透過率または透過度
λ  波長
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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